透过电容看电子产品新未来,村田:始终在创新路上

作者: 赵碧莹

如今电子设备正朝着轻、薄、小及多功能的方向发展,在更智能的同时无论是身边必不可少的消费电子还是势头正猛的汽车电子都发生着日新月异的变化。这一变化对驱动并运转着电子设备的元器件而言,提出了更高的要求,革新成了一种常态与生存法宝。

电子元器件要如何应对挑战进行自我的革新?今天我们就来说说电容中的新秀超级电容以及2017一开年就进入缺货状态的MLCC。

尽管现在提起村田,想到的已不只是电容;但提及电容,还是会想到村田。仅在MLCC方面,村田的全球市占率就达35%以上。以下就结合2月23日上海举办的“陶瓷电容、超级电容与汽车ADAS技术沙龙”活动中,村田电容产品高级工程师对MLCC与超级电容的深刻解读来展开。

什么是电容?百度谷歌可以解答得很详细。单纯讲电容技术会显得比较枯燥,那么我们就以汽车电子与消费电子为切入点。

汽车逐渐向智能化的方向偏移,目前汽车中使用的电器和电子产品元件占总成本的比例已高达40%。未来,这一占比必将进一步提高。汽车电子中最热门的ADAS系统中就藏着几百甚至上千颗电容。

2017年首季全球MLCC供应火爆,供需缺口达5%,再加之苹果iPhone 8备货潮,及车用电子MLCC 等市场的需求拉抬,估计MLCC 供需情况将会更为紧俏。据日本调研机构2017 年MLCC的展望报告显示,手机、平板电脑、PC等消费类设备,MLCC需求量预估将再度增加106 亿个。

MLCC
MLCC即多层陶瓷电容器,又称片式电容器、积层电容、叠层电容等,属陶瓷电容器的一种。

MLCC

MLCC是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经一次高温烧结形成陶瓷芯片,再芯片的两端封上金属层(外电极),形成一个类似独石的结构体。

 

对于MLCC,最令工程师头疼的是哪些问题?
答:开裂短路、电容啸叫以及电路设计布板空间问题。

开裂短路
基板分割、检测工序对电容器产生的应力,已经成为电容器由于基板弯曲产生裂纹的主要原因。MLCC基体承受拉伸应力,应力在元件上的分布不一致,应力集中在元件薄弱处时,易产生裂纹。

电容开裂

 

裂纹易发生在端电极部位,除了应力集中外,与MLCC端电极存在天然微缺陷有关,有时肉眼可见,大多数情况外观无损坏痕迹。当MLCC存在裂纹,轻则产品容量低甚至无容量,导致电路不能正常工作;重则产品绝缘低、漏电、短路甚至烧毁。

MLCC开裂短路的解决方案

MLCC开裂短路的解决方案

村田应对MLCC开裂短路有多种解决方案,软端子设计最被看好。软端子电容是一种能明显提高MLCC端头抗裂纹性能的方案。具有高强度的抗弯曲性能,弯曲深度可达到5mm。而常规端头MLCC的抗弯曲深度一般为2~3mm。同时,软端子电容在汽车上得到广泛的应用。

电容结构对比

啸叫
MLCC啸叫产生是由于在电压作用下发生幅度较大的振动。陶瓷介质是MLCC主要组成部分,电压作用下电致伸缩不可避免。若电致伸缩强烈表现为压电效应,则会产生振动。因此在较大交变电压下,会产生明显的啸叫,如开关电源、高频电源等场合。我们的手机、电脑都会发生啸叫现象。应对这个问题,村田可提供的方案如下图。

MLCC啸叫

电路设计布板空间问题

面对此问题,村田提供LOWESL 电容解决方案。

村田提供LOWESL 电容解决方案

 

村田LOWESL电容器有两种,即长宽倒置电容器和三端子电容器。

村田LOWESL电容器有两种,即长宽倒置电容器和三端子电容器

 

活动当天,另一个受人瞩目的话题是超级电容。超级电容在消费领域已相当普及,最早实现产业化运作的大本营便是智能仪器及高端电子消费品市场。举例而言,可穿戴设备已成为超级电容潜在的应用领域。

下面我们就来看看超级电容的“真容”。

超级电容
EDLC即超级电容,又称双电层电容器、电化学电容器,在固体(电极)和液体(电解液)的接触界面上形成的电气双层(双电层)的状态来取代了电介质。超级电容的种类繁多,常见的有纽扣式,圆柱状/插脚式,层压式等等。

 

超级电容与普通电容截然不同,它通过极化电解质来实现储能,但同时与电容一样属于物理变化而非电池那样的化学变化。因此EDLC特性介于电容和电池之间,或者说集合了二者的优点。相比电池具有高功率,相比电解电容又具有大能量。

村田超级电容

村田EDLC产品具有超低ESR、最大10A充放电、超低漏电流、耐高温、长寿命等特性。被广泛应用于小型DC马达设备、高功率RF通信、电池更换时的后备电源、音频设备(高品质音质)、能源采集的IoT设备等情况下。

村田是如何优化EDLC产品的?村田电容产品高级工程师吴海华女士介绍,面对干涸失效机制,村田开发更耐高温的电解液,延长干涸寿命;更可靠的封装性能,防止电解液蒸发。面对经时劣化机制,选择性能优异的材料;更好的封装设计,防止水分进入。

各种超级电容的放电特性

 

无论是消费领域还是汽车领域,随着智能化程度的增加、功能的激增,设计必将越来越复杂,这对电子元器件提出了不小的挑战,元器件不得不选择自身的变革。业内人士曾表示未来汽车对电子系统的需求与依赖加大,由电子元器件引发的问题也将增多,这将成为汽车安全最不确定的因素。器件虽小,影响却未必小。

新的电子设备要有新的电子元器件来构成,而新的电子元器件又要在材料、封装等多方面下功夫。任何想长期生存的电子元器件供应商都必须要求新、求变,不断的打磨自己与产品,以防被淘汰。

文章来源:与非网微信公众号(微信号:ee-focus)

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